2564-83-2/2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物

【背景及概述】^[1][2][3]

2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO) 能催化過氧化氫、氧氣和次氯酸鈉等綠色氧化劑在溫和條件下將伯醇和仲醇定量氧化為醛和酮，該反應在有機合成和精細化學品工業(yè)中的應用廣泛。但小分子有機雜環(huán)化合物2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物價格昂貴，不能循環(huán)使用，導致最終產(chǎn)物成本增加。另外，2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物很難用常規(guī)方法從反應體系或者產(chǎn)物中分離，造成產(chǎn)物純度不足，限制了實際應用。實現(xiàn)2，2，6，6 -四甲基哌啶氧化物的循環(huán)利用一直是一個重要研究方向。通常使用負載型催化劑解決2，2，6，6- 四甲基哌啶氧化物回收困難的問題，即通過物理或化學方法將2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物嫁接或吸附在載體上。常用的固載化載體有硅膠、MCM-41 分子篩和有機高分子聚合物。使用無機載體時，雖然固載化2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物催化劑回收方便，但由于無機載體的化學性質不穩(wěn)定，催化劑容易失活，而采用有機聚合物作載體可以避免。另外，有機聚合物載體嫁接2，2，6，6- 四甲基哌啶氧化物的方法簡單，且2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物經(jīng)有機聚合物負載后表現(xiàn)出新的催化特點。

【制備回收方法】^[1]

聚苯乙烯是常用的有機聚合物材料，具有耐高溫、耐溶劑、強度好、成本低和易改性等特點，廣泛用作催化劑載體。研究發(fā)現(xiàn)，采用聚苯乙烯負載2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物催化伯醇選擇性氧化為相應的醛時無過度氧化產(chǎn)物生成，且催化劑反復使用5 次活性未降低，克服了2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物催化醇氧化反應中催化劑不能回收使用的缺點。但是聚苯乙烯疏水性強，限制了在親水環(huán)境中的應用。為改善聚苯乙烯聚合物表面的親水性，有必要在其表面引入親水性物質進行改性。離子液體具有較強的親水性，作為一種可設計性溶劑引起注意，在催化和有機反應過程中發(fā)揮了重要作用。若將離子液體對聚苯乙烯進行親水化改性，可以改善催化劑表面性質已有研究將聚苯乙烯氯球作為載體材料，通過離子液體橋連將2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物負載在聚苯乙烯氯球上，制得負載2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物的聚苯乙烯催化劑。結果表明負載型催化劑在反應溫度低于180 ℃表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性，且在苯甲醇催化氧化過程中可循環(huán)使用20 次，苯甲醇轉化率大于95%。所得催化劑具有親水親油的兩親性，用于兩相體系的催化環(huán)境，比直接負載2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物的催化劑有更好的耐溶劑性及穩(wěn)定性。

【應用】^[2][3]

2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物是一種典型的哌啶類氮氧自由基，主要作為催化劑合成醫(yī)藥中間體，其應用舉例如下：

1. 用于制備丙酮酸鈉，制備方法包括以下步驟：乳酸乙酯在催化劑的存在下，進行氧化反應，然后經(jīng)水解、中和得到丙酮酸鈉；其中，所述催化劑為2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物、9-氮雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷-N-氧基化合物、9-氮雜雙環(huán)[3.3.1]壬-3-烯-N-氧基化合物、4，2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物、4- 氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物其中的一種或多種。研究發(fā)現(xiàn)，以溴素做為催化劑，氧化反應過程中溴素揮發(fā)，最終料液過氧化物產(chǎn)生較多，出現(xiàn)少量黃色油狀固體，導致生產(chǎn)收率下降，料液后處理困難。經(jīng)試驗進一步發(fā)現(xiàn)，乳酸乙酯在新的催化劑的條件下進行氧化反應，相比于現(xiàn)有常用的溴素來說，提高了氧化的反應速率，并且在氧化反應時，反應更平穩(wěn)、安全；另外還減少了副產(chǎn)物—黃色油狀物，后處理也簡單一些。

2. 用于合成二氯化去甲酰胺。以各種β-羰 基酰胺衍生物為原料，以2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物以及堿為添加劑，以N-氯代琥珀酰亞胺為反應試劑，在反應溶劑中，經(jīng)一步反應，濃縮、提純的簡單工藝而得成品。反應的化學方程式為：

其具體方法步驟如下：

1）進行β-羰基酰胺衍生物的二氯化去甲酰胺反應

以各種β-羰基酰胺衍生物1為原料，以2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物以及堿為添加劑，以N-氯代琥珀酰亞胺為反應試劑，在反應溶劑中，按照β-羰基酰胺衍生物毫摩爾∶2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物毫摩爾∶堿類毫摩爾∶N-氯代琥珀酰亞胺毫摩爾∶反應溶劑毫升之比 為1∶(0～2.5)∶(1.8～2.5)∶(1.8～2.2)∶(1～3)的比例，在反應器中先加入β-羰基酰胺，2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物和堿類，再加入反應溶劑，攪拌下加入N-氯代琥珀酰亞胺，加料完 畢之后，升溫至80℃，持續(xù)攪拌回流進行二氯化去甲酰胺反應4小時，就制備出α-二氯苯乙 酮及其衍生物的反應液。所述的β-羰基酰胺為β-芳羰酰胺、β-金剛烷羰酰胺、β-呋喃羰酰胺，堿為碳酸鉀、叔丁醇鉀、叔丁醇鈉、氫氧化鉀、磷酸鉀，溶劑為二氯甲烷、乙酸乙酯、乙醚、甲苯、四氫呋喃、 乙腈、正丁醚。

2）進行產(chǎn)品濃縮、純化。

【主要參考資料】

[1] 李丹杰; 祝嘉政; 王建黎. 離子液體橋連的聚苯乙烯負載型 2, 2, 6, 6-四甲基哌啶氧化物催化劑的穩(wěn)定性.工業(yè)催化, 2014, 22.8: 586-590.

[2] 高有軍；駱許峰；萬屹東；潘春；陳陽.一種丙酮酸鈉的制備方法. CN201810067437.5，申請日2018-01-24

[3] 熊燕；鄭叢科；馮洋洋；胡良楨；劉慶；沈行.一種二氯化去甲酰胺的方法. CN201610717936.5，申請日2016-08-23